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C# 使用 Index 和 Range 简化集合操作


C# 使用 Index 和 Range 简化集合操作

Intro

有的语言数组的索引值是支持负数的,表示从后向前索引,比如:arr[-1]

从 C# 8 开始,C# 支持了数组的反向 Index,和 Range 操作,反向 Index 类似于其他语言中的负索引值,但其实是由编译器帮我们做了一个转换,Range 使得我们对数组截取某一部分的操作会非常简单,下面来看一下如何使用吧

Sample

使用 ^ 可以从集合的最后开始索引元素,如果从数组的最后开始索引元素,最后一个元素应该是 1 而不是0如: arr[^1]

使用 .. 可以基于某个数组截取集合中的某一段创建一个新的数组,比如 var newArray = array[1..^1],再来看一下下面的示例吧

int[] someArray = new int[5] { 1, 2, 3, 4, 5 }; int lastElement = someArray[^1]; // lastElement = 5 lastElement.Dump();  someArray[3..5].Dump();  someArray[1..^1].Dump();  someArray[1..].Dump();  someArray[..^1].Dump();  someArray[..2].Dump(); 

输出结果如下:

C# 使用 Index 和 Range 简化集合操作

Index

那么它是如何实现的呢,索引值引入了一个新的数据结构 System.Index,当你使用 ^ 运算符的时候,实际转换成了 Index

Index:

public readonly struct Index : IEquatable<Index> {     public Index(int value, bool fromEnd = false);      /// <summary>Create an Index pointing at first element.</summary>     public static Index Start => new Index(0);      /// <summary>Create an Index pointing at beyond last element.</summary>     public static Index End => new Index(~0);     //     // Summary:     //     Gets a value that indicates whether the index is from the start or the end.     //     // Returns:     //     true if the Index is from the end; otherwise, false.     public bool IsFromEnd { get; }     //     // Summary:     //     Gets the index value.     //     // Returns:     //     The index value.     public int Value { get; }      //     // Summary:     //     Creates an System.Index from the end of a collection at a specified index position.     //     // Parameters:     //   value:     //     The index value from the end of a collection.     //     // Returns:     //     The Index value.     public static Index FromEnd(int value);     //     // Summary:     //     Create an System.Index from the specified index at the start of a collection.     //     // Parameters:     //   value:     //     The index position from the start of a collection.     //     // Returns:     //     The Index value.     public static Index FromStart(int value);     //     // Summary:     //     Returns a value that indicates whether the current object is equal to another     //     System.Index object.     //     // Parameters:     //   other:     //     The object to compare with this instance.     //     // Returns:     //     true if the current Index object is equal to other; false otherwise.     public bool Equals(Index other);     //     // Summary:     //     Calculates the offset from the start of the collection using the given collection length.     //     // Parameters:     //   length:     //     The length of the collection that the Index will be used with. Must be a positive value.     //     // Returns:     //     The offset.     public int GetOffset(int length);      //     // Summary:     //     Converts integer number to an Index.     //     // Parameters:     //   value:     //     The integer to convert.     //     // Returns:     //     An Index representing the integer.     public static implicit operator Index(int value); } 

如果想要自己自定义的集合支持 Index 这种从数组最后索引的特性,只需要加一个类型是 Index 的索引器就可以了,正向索引也是支持的,int 会自动隐式转换为 Index,除了显示的增加 Index 索引器之外,还可以隐式支持,实现一个 int Count {get;} 的属性(属性名叫 Length 也可以),在实现一个 int 类型的索引器就可以了

写一个简单的小示例:

private class TestCollection {     public IList<int> Data { get; init; }      public int Count => Data.Count;     public int this[int index] => Data[index];      //public int this[Index index] => Data[index.GetOffset(Data.Count)]; } var array = new TestCollection() {     Data = new[] { 1, 2, 3 } }; Console.WriteLine(array[^1]); Console.WriteLine(array[1]); 

Range

Range 是在 Index 的基础上实现的,Range 需要两个 Index 来指定开始和结束

public readonly struct Range : IEquatable<Range> {     /// <summary>Represent the inclusive start index of the Range.</summary>     public Index Start { get; }      /// <summary>Represent the exclusive end index of the Range.</summary>     public Index End { get; }      /// <summary>Construct a Range object using the start and end indexes.</summary>     /// <param name="start">Represent the inclusive start index of the range.</param>     /// <param name="end">Represent the exclusive end index of the range.</param>     public Range(Index start, Index end)     {         Start = start;         End = end;     }      /// <summary>Create a Range object starting from start index to the end of the collection.</summary>     public static Range StartAt(Index start) => new Range(start, Index.End);      /// <summary>Create a Range object starting from first element in the collection to the end Index.</summary>     public static Range EndAt(Index end) => new Range(Index.Start, end);      /// <summary>Create a Range object starting from first element to the end.</summary>     public static Range All => new Range(Index.Start, Index.End);      /// <summary>Calculate the start offset and length of range object using a collection length.</summary>     /// <param name="length">The length of the collection that the range will be used with. length has to be a positive value.</param>     /// <remarks>     /// For performance reason, we don't validate the input length parameter against negative values.     /// It is expected Range will be used with collections which always have non negative length/count.     /// We validate the range is inside the length scope though.     /// </remarks>     public (int Offset, int Length) GetOffsetAndLength(int length); } 

如何在自己的类中支持 Range 呢?

一种方式是自己直接实现一个类型是 Range 的索引器

另外一种方式是隐式实现,在自定义类中添加一个 Count 属性,然后实现一个 Slice 方法,Slice 方法有两个 int 类型的参数,第一个参数表示 offset,第二个参数表示 length

来看下面这个示例吧,还是刚才那个类,我们支持一下 Range

private class TestCollection {     public IList<int> Data { get; init; }     //public int[] this[Range range]     //{     //    get     //    {     //        var rangeInfo = range.GetOffsetAndLength(Data.Count);     //        return Data.Skip(rangeInfo.Offset).Take(rangeInfo.Length).ToArray();     //    }     //}      public int Count => Data.Count;      public int[] Slice(int start, int length)     {         var array = new int[length];         for (var i = start; i < length && i < Data.Count; i++)         {             array[i] = Data[i];         }         return array;     } } 

More

新的操作符 (^ and ..) 都只是语法糖,本质上是调用 IndexRange

Index 并不是支持负数索引,从最后向前索引只是编译器帮我们做了一个转换,转换成从前到后的索引值,借助于它,我们很多取集合最后一个元素的写法就可以大大的简化了,就可以从原来的 array[array.Length-1] => array[^1]

Range 在创建某个数组的子序列的时候就非常的方便, newArray = array[1..3],需要注意的是,Range 是”左闭右开”的,包含左边界的值,不包含右边界的值

还没使用过 Index/Range 的快去体验一下吧,用它们优化数组的操作吧~~

References

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